人工浮岛植物的选择与应用

纪和，周建林

（1深圳市水务规划设计院股份有限公司，广东深圳 518022；2湖北省城市规划设计研究院，湖北武汉 430070)

随着经济高速发展，我国水环境恶化、水体污染等问题十分突出，近年来，国家切实加大水污染防治力度，力求改善水环境质量、修复水生态、保障水安全。人工浮岛是一种在轻质材料上种植植物的水上漂浮结构[1]，作为一项有效的水体原位生态修复技术[1-2]，得到了广泛地关注和应用。人工浮岛的主要作用是净化水质，而浮岛植物又是人工浮岛净化水质的主体[2]，因此，成为研究的热点。

1 人工浮岛的功能及水质净化原理

1.1 人工浮岛的功能

人工浮岛广泛应用于地表水体的污染防治和生态修复方面[1-3]，营造浮岛最主要的功能是净化水体、创建新生境、美化水域景观。净化水体是指通过浮岛植物根部及根际微生物等的吸收、吸附等作用，消减、还原水体中的氮、磷和有机物质，从而达到净化水质的功能[3]。人工浮岛的载体、基质及植物构建形成浮岛系统为动植物个体或种群营造了居住、栖息的场所，创造了新的生存环境，有助于增加水域的生物多样性[4]。此外，人工浮岛及岛上种植的植物可以创造出柔和、绿色、自然的生态景观[4]，美化水域景观。

1.2 浮岛植物水质净化原理

高等植物是人工浮岛净化水质的主体，浮岛植物的根系对水体中氮、磷等营养盐、悬浮态污染物有吸收、吸附作用，植物收割后污染物即从水体中移除。植物根系通过分泌大量的酶或是为多种微生物创造适宜的生境，利用酶和微生物降解、吸收水体中有机污染物，从而达到净化水质的目的[1，5]。同时，浮岛植物对藻类生长的直接克制及其日光遮蔽作用，可以有效抑制富营养化水体藻类的生长[1，5]。

2 人工浮岛植物的选择原则

2.1 水体净化能力强

水体净化能力是选择人工浮岛植物选择中考虑的重要因素。由于不同水生植物具有不同的生长周期、酶活性强弱等特性，种植不同种类植物的人工浮岛，对水体污染物的吸收转化能力等会存在较大差异[6]。因此，应优先选择净化能力强的浮岛植物种类及搭配。考虑浮岛植物水质净化机理，污水中的氮磷等污染物质主要靠植物根系吸收、吸附及根系表面附着的微生物去除[5]，因而所选浮岛植物应根系发达、生物量较大，能够从水体中带走更多的污染物质。

2.2 抗逆性强

尽量选择具有较强抗逆性的植物构建浮岛系统，比如，耐污染、抗病虫能力等，以应对污染水环境条件下对植物生长发育带来的不利影响，维护系统健康、稳定。选择抗逆性较高的植物，易于管理，也能减少管理成本，尤其是对植物体后处理方面的问题[7]。

2.3 因地制宜

人工浮岛植物选择应因地制宜、适地适种，选用适应于当地的气候、地质环境的植物种[8]。应尽量优先选择本土植物种，可以很快适应水生环境[5]，慎重引入外来植物，避免引发生物安全性问题[9]。

2.4 观赏价值较高

景观营造也是人工浮岛的重要功能之一[6]，植物是浮岛景观设计中必不可少的造景素材。应综合考虑植物色彩、植株形态、花色花形以及植物季相特点[9]及植物的可观赏性维系时间长短等，尽可能选择具有较高观赏价值的植物或植物搭配组合[1，9]。

2.5 合理搭配物种

多数研究表明，多种植物组合的人工浮岛水质净化效果要明显优于种植单一植物的人工浮岛[10]，不同植物搭配组合的人工浮岛的去污作用也存在差异[3]。根据环境条件和植物群落特征，适当选用多样化的浮岛植物，基于生态学原理，营造合理的植物种组合，有助于发挥浮岛植物水体净化功能，促进浮岛生态系统的稳定[7]。

3 植物在人工浮岛中的应用

目前，应用于人工浮岛的植物大体上可分为水生或湿生植物、人工驯化改良植物以及部分粮食作物3类。

3.1 水生或湿生植物

水生或湿生植物是人们选择人工浮岛植物的优先考虑对象。比较常见的水生或湿生植物有千屈菜（Lythrum salicaria L.）、美人蕉（Canna indica L.）、菖蒲（Acorus calamus L.）、香根草（Vetiveria zizanioides）、千香蒲 （Typha orientalis Presl）、凤眼莲（Eichhornia crassipes）、水芹（Oenanthe javanica）、茭草（Zizania latifolia）、鸢尾（Iris tectorum Maxim.）等[2，5，11]，这些植物具有较强的水质净化能力和较高的观赏价值，易于管理，因此，被广泛用于人工浮岛营造[12]。目前，在浮岛上栽植成功且具有较好水质净化效果的植物主要有香根草、菖蒲、美人蕉、风车草（Cyperus flabelliformis）、千屈菜等。例如，有研究表明，种植香根草的人工浮岛能够明显降低水体中的氮、磷、COD、BOD等污染物浓度[13]；种植美人蕉的人工植物浮岛，对户外城市景观用水净化效果较好，对总氮、总磷和COD的去除率分别为60%，84.33%、24.25%[17]。

3.2 驯化改良植物

将部分可塑性较强的陆生植物进行人为驯化改良，使之适应于浮岛的水生或湿生环境，可以有效地拓宽浮岛植物资源。据不完全统计，利用改进的浮岛构造设计结合植物水培技术，已在河、湖、水库等不同水域人工浮岛中成功应用的陆生植物多大46科130多种[14]。其中，花卉植物较多，例如，金鱼草（Antirrhinum majus）、鸡冠花（Celosia cristata）、吉祥草（Reineckia carnea）、花菱草（Eschscholtzia californica）、海芋（Alocasia macrorrhiza）、紫鸭跖草（Setcreasea purpures）、再力花（Thalia dealbata Fraser）、灯心草（Juncus effusus）等[4，7]。

3.3 粮食作物

水体中过量的氮、磷等污染物实际上也是植物生长所必需的营养元素。因此，栽植粮食作物在人工浮岛上也有比较广泛的应用，例如，水稻（Oryza sativa），水蕹菜（Ipomoea aquatica）、多花黑麦草(Lolium multiflorum Lam)、牛筋草（Eleusine indica）、狗尾草（Setaria viridis）、飞蓬（Erigeron acer）等[7，15]。

4 结语

水污染防治攻坚战在我国启动以来，国家水环境质量持续好转，黑臭水体基本消除，河湖水质提升、水生态修复等将成为今后一个时期的重点工作，人工浮岛的应用前景将更加广阔。在人工浮岛植物的选择利用方面，应加强不同种类的植物的驯化，拓宽浮岛植物资源。目前，我国尚未建立科学系统的人工浮岛植物评价筛选体系，对人工浮岛植物资源化利用技术的研究也相对缺乏。因此，如何选育兼具环保、美观、经济三重标准的浮岛植物，逐步构建完整的资源化利用链条是今后的重点研究方向。